(57)【要約】【課題】系統が遮断されたときであっても太陽電池から負荷への安定的な電力供給を可能にする。【解決手段】太陽電池からの電力を複数の負荷に供給する制御を行う第１制御部と、前記複数の負荷の一つである蓄電池の充放電を制御する第２制御部と、を備えた電力制御システムにおいて、前記第１制御部は、前記複数の負荷での消費電力に追従した出力制御を行い、前記第２制御部は、自立運転中に前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った前記太陽電池あるいは前記第１制御部からの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御することで、系統が遮断されたときであっても、所定の負荷に供給していた分の負荷電力で供給電力を補充でき、他の負荷への安定的な電力供給が可能になる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池が、供給すべき電力が変動する第１の負荷と供給すべき電力を調節可能な第２の負荷とに供給するための負荷電力を当該負荷電力の変動に応じて供給するように制御され、前記負荷電力のうち前記第２の負荷に対する電力の供給を調節する調節部と、
前記第２の負荷に対し供給する電力を増加させるときの前記負荷電力の増加量に基づいて前記太陽電池に要求される要求負荷電力を求め、当該要求負荷電力が、太陽電池が供給可能な発電電力に対応する基準電力以下のときに前記第２の負荷に電力を供給し、前記要求負荷電力が前記基準電力より大きいときに前記第２の負荷に電力を供給しないように前記調節部を制御する制御部と、
を有する制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の負荷は、供給される電力により充電される蓄電池であり、
前記制御部は、前記要求負荷電力が前記基準電力より大きいときに、前記第２の負荷の電力を前記第１の負荷へ放電させるように前記調節部を制御する、制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記制御部は、前記第２の負荷における充電量が基準値を下回ることを条件として、前記第２の負荷を充電するための電力を当該第２の負荷に供給するように前記調節部を制御する、制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記制御部は、前記第２の負荷における充電量が基準値を上回ることを条件として、前記第２の負荷の電力を放電するように前記調節部を制御する、制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記太陽電池からの前記負荷電力が前記発電電力から所定の範囲内の電力に達すると他の制御装置により当該負荷電力の供給が停止される、制御装置。
【請求項６】
請求項２または４において、
前記制御部は、太陽電池が出力する前記負荷電力を直流から交流に変換する他の制御装置から出力される当該負荷電力に基づき、前記発電電力を求める制御装置。
【請求項７】
請求項２または３において、
前記第１、第２の負荷が、太陽電池が出力する前記負荷電力を直流から交流に変換する他の制御装置に対し並列接続され、
前記調節部は、前記第２の負荷を充電するとき、前記第２の負荷の電圧が前記第１の負荷に供給される電力の電圧より低くなるように前記第２の負荷に供給する電力を調節する制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記発電電力が前記負荷電力を上回るときには当該発電電力の一部が商用電源系統に出力され、または、前記発電電力が前記負荷電力を下回るときには前記商用電源系統から前記負荷電力の一部が供給されるように、前記太陽電池及び前記第１の負荷が前記商用電源系統と接続され、
前記制御部は、前記商用電源系統との接続が遮断されたときに、前記第２の負荷に対する電力の供給を行う、または行わないように、前記調節部を制御する制御装置。
【請求項９】
太陽電池が、供給すべき電力が変動する第１の負荷と供給すべき電力を調節可能な第２の負荷とに供給するための負荷電力を当該負荷電力の変動に応じて供給するように制御され、前記負荷電力のうち前記第２の負荷に対する電力の供給を調節する工程と、
前記第２の負荷に対し供給する電力を増加させるときの前記負荷電力の増加量に基づいて前記太陽電池に要求される要求負荷電力を求める工程と、
当該要求負荷電力が、太陽電池が供給可能な発電電力に対応する基準電力以下のときに前記第２の負荷に電力を供給し、前記要求負荷電力が前記基準電力より大きいときに前記第２の負荷に電力を供給しないようにする工程と、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から負荷への電力供給を制御する制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や安全性への要求を背景として、太陽光や風力による発電が注目されている。たとえば、各家庭に太陽光発電システムを導入する例が増加しつつある。太陽光発電システムでは、太陽電池による発電電力が家庭内の電力負荷（以下、単に負荷という）に供給される。そして、発電電力が負荷の消費電力を上回るときには、余剰な発電電力は商用電源系統（以下、単に系統という）に対し逆潮流により売却される。そして、負荷の消費電力が増加して発電電力を上回るときは、系統からの電力供給により不足分が補われる。
【０００３】
また、近年、災害などによる系統側の不測の停電時や作業停止時にも負荷への電力供給を確保できるようにするためや、夜間電力を有効利用するために、発電された余剰な電力を予め蓄電池に蓄えておく分散型発電システムが注目されている。特許文献１には、既存の発電システムに蓄電池を追加した分散型発電システムについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３０５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存の太陽光発電システムに蓄電池を追加した分散型発電システムでは、太陽光発電を制御（調節を含む）するパワーコンディショナ（以下、ＰＶ（Photovoltaic）パワコンという）にとって、蓄電池が追加的な負荷となる。よって、その分、負荷全体に供給すべき電力が増加する。以下では、電器製品などの負荷が消費する電力を消費電力、蓄電池を充電するための電力を充電電力といい、蓄電池を含む負荷全体に供給すべき電力、すなわち消費電力と充電電力とを含む電力を、負荷電力という。
【０００６】
ところで、分散型発電システムでは、停電時に系統との連係が遮断されて逆潮流ができなくなると、ＰＶパワコン側がいわゆる自立運転を行う。自立運転では、余剰な発電電力による不要な電圧上昇を抑えるために、負荷電力に追従した電力が太陽電池の発電電力から出力されるような制御が行われる。かかる状況下で、たとえば同時に多くの電器製品を稼動させて負荷の消費電力が急増すると、これに追従して太陽電池からの出力電力が急増する。そして、出力電力が発電電力を超えることが予見されると、ＰＶパワコンが出力電力を停止する安全寄りの制御を行い、負荷電力の供給ができなくなる。特に、蓄電池を追加的な負荷として構成された分散型発電システムにおいては、蓄電池の充電電力が追加された分、発電電力のうち出力可能な余力が小さくなるので、かかる事態が生じやすくなる。
【０００７】
そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、系統が遮断されたときであっても太陽電池から負荷への安定的な電力供給を可能にする制御装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の一側面では、太陽電池が、供給すべき電力が変動する第１の負荷と供給すべき電力を調節可能な第２の負荷とに供給するための負荷電力を当該負荷電力の変動に応じて供給するように制御され、制御装置に、前記負荷電力のうち前記第２の負荷に対する電力の供給を調節する調節部と、前記第２の負荷に対し供給する電力を増加させるときの前記負荷電力の増加量に基づいて前記太陽電池に要求される要求負荷電力を求め、当該要求負荷電力が、太陽電池が供給可能な発電電力に対応する基準電力以下のときに前記第２の負荷に電力を供給し、前記要求負荷電力が前記基準電力より大きいときに前記第２の負荷に電力を供給しないように前記調節部を制御する制御部と、を設ける。
【０００９】
上記側面の一態様では、前記第２の負荷は、供給される電力により充電される蓄電池であり、前記制御部は、前記要求負荷電力が前記基準電力より大きいときに、前記第２の負荷の電力を前記第１の負荷へ放電させるように前記調節部を制御する。
【００１０】
上記側面の別の態様では、前記制御部は、前記第２の負荷における充電量が基準値を下回ることを条件として、前記第２の負荷を充電するための電力を当該第２の負荷に供給するように前記調節部を制御する。
【００１１】
上記側面のさらに別の態様では、前記制御部は、前記第２の負荷における充電量が基準値を上回ることを条件として、前記第２の負荷の電力を放電するように前記調節部を制御する。
【００１２】
上記側面のさらに別の態様では、前記太陽電池からの前記負荷電力が前記発電電力から所定の範囲内の電力に達すると他の制御装置により当該負荷電力の供給が停止される。
【００１３】
上記側面のさらに別の態様では、前記制御部は、太陽電池が出力する前記負荷電力を直流から交流に変換する他の制御装置から出力される当該負荷電力に基づき、前記発電電力を求める。
【００１４】
上記側面のさらに別の態様では、前記第１、第２の負荷が、太陽電池が出力する前記負荷電力を直流から交流に変換する他の制御装置に対し並列接続され、前記調節部は、前記第２の負荷を充電するとき、前記第２の負荷の電圧が前記第１の負荷に供給される電力の電圧より低くなるように前記第２の負荷に供給する電力を調節する。
【発明の効果】
【００１５】
上記側面によれば、前記第２の負荷に対し供給する電力を増加させるときの前記負荷電力の増加量に基づいて前記太陽電池に要求される要求負荷電力を求め、前記要求負荷電力が、太陽電池が供給可能な発電電力に対応する基準電力以下のときに前記第２の負荷に電力を供給し、前記負荷電力が前記基準電力より大きいときに前記第２の負荷に電力を供給しないように前記調節部を制御するので、所定の負荷に供給していた分の負荷電力を他の負荷に供給でき、負荷への安定的な電力供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態における制御装置が適用される分散型発電システムの構成例を示す図である。
【図２】太陽電池１０３の発電電力について説明する図である。
【図３】蓄電パワコン１０６による負荷１０２の充電制御にかかる動作手順を説明するフローチャート図である。
【図４】蓄電パワコン１０６による負荷１０２の放電制御にかかる動作手順を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１８】
図１は、本実施形態における制御装置が適用される分散型発電システムの構成例を示す。この分散型発電システム１０は、たとえば、家庭や各種商工業施設に設けられ、太陽電池１０３の発電電力を家庭内や構内の負荷１００、１０２に供給する。太陽電池１０３は、たとえば、光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、所定の短絡電流（たとえば１０Ａ）を出力するように構成される。太陽電池１０３は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、あるいはＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。
【００１９】
負荷１００、１０２は、太陽電池１０３から取り出す電力を制御するＰＶパワコン１０４に対して並列接続される。負荷１００は、電力を消費する電力負荷であり、たとえば家庭内で使用されるエアコン、電子レンジ、テレビ等の各種電器製品や、商工業施設で使用される空調機や照明器具などの機械、照明設備等である。負荷１００が、本実施形態における供給すべき電力が変動する第１の負荷の例である。また、負荷１０２は、入出力される電力が調整可能であって、入力される電力を吸収するような負荷であり、たとえば、充放電可能な蓄電池である。蓄電池は、たとえば、複数のセルが直列接続されたリチウム電池や、鉛電池等である。以下、負荷１０２が蓄電池である場合を例として説明するが、負荷１０２は、調整可能な入力電力を吸収する電気負荷であれば、蓄電池に限られず、たとえば、給湯装置等であってもよい。負荷１０２が、本実施形態における供給すべき電力を調節可能な第２の負荷の例である。そして、負荷１００が消費する電力と、負荷１０２の充電電力とが、負荷１００、１０２全体に対し供給すべき負荷電力に含まれる。
【００２０】
この分散型発電システム１０は、系統１２に接続される。分散型発電システム１０は、系統１２との連係により、太陽電池１０３の発電電力が負荷１００、１０２に供給すべき負荷電力を上回るときは、余剰の発電電力を系統１２に逆潮流させる。また、太陽電池１０３の発電電力が負荷電力を下回るときには、系統１２から不足分の電力が供給される。しかし、たとえば災害などで系統１２が停電すると、系統１２との連係が遮断され、系統への逆潮流や、系統からの電力供給ができなくなる。以下に述べる本実施形態は、系統１２との連係が遮断された場合に関する。
【００２１】
分散型発電システム１０において、ＰＶパワコン１０４は、太陽電池１０３が発電した発電電力から取り出す電力を制御する。ＰＶパワコン１０４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６が太陽電池１０３の直流電圧を昇圧する。たとえば、太陽電池１０３の出力電圧が６０〜８０Ｖのとき、太陽電池１０３の直流電圧は３００〜４００Ｖに昇圧される。そして、ＤＣ／ＡＣインバータ１１８が、直流電圧を交流に変換する。たとえば、直流電圧は、一般家庭用に、単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖに変換される。このようにして、太陽電池１０３の発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６とＤＣ／ＡＣインバータ１１８を介して負荷１００、１０２へ供給される。このとき、ＰＶ制御部１２０の制御のもと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６、ＤＣ／ＡＣインバータ１１８の両方またはいずれかが通過する電流を制御することで、太陽電池１０３の発電電力のうち負荷電力に応じた電力が出力されるように制御される。すなわち、負荷電力に追従した電力が太陽電池１０３の発電電力から出力される。なお、系統１２からの電力が供給され連係が遮断されていない場合には、太陽電池１０３からの出力電力が最大となるようＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力追従）制御が行われる。
【００２２】
ＰＶ制御部１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６とＤＣ／ＡＣインバータ１１８に対しこれらの動作を制御するための制御信号を出力する。ＰＶ制御部１２０は、たとえば、マイクロコンピュータであり、制御プログラムを格納する記憶媒体や制御プログラムにしたがって制御手順を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。
【００２３】
分散型発電システム１０は、さらに蓄電池である負荷１０２の充放電を制御する、蓄電パワーコンディショナ（パワコン）１０６を有する。蓄電パワコン１０６では、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４は、太陽電池１０３から供給される交流を直流に変換して方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２に出力し、また、直流を交流に変換して負荷１００へ出力する。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４からの直流電圧を減圧して負荷１０２に出力し、また、負荷１０２の直流電圧を昇圧して双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４に出力する。このとき、蓄電制御部１２６の制御のもと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４の両方またはいずれかが通過する電流を制御することで、蓄電池である負荷１０２への電力供給を制御する。すなわち、充放電が制御される。本実施形態では、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４の両方またはいずれかが「調節部」の例である。
【００２４】
蓄電制御部１２６は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２と双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４に対し、これらの動作を制御するための制御信号を出力する。蓄電制御部１２６は、たとえば、マイクロコンピュータであり、制御プログラムを格納する記憶媒体や、制御プログラムにしたがって制御手順を実行するＣＰＵを有する。蓄電制御部１２６が、本実施形態における「制御部」の例である。
【００２５】
かかる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２４、及び蓄電制御１２６を備える蓄電パワコン１０６が、本実施形態における「制御装置」に対応する。
【００２６】
分散型発電システム１０には、太陽電池１０３からＰＶパワコン１０４に入力される直流電流を検知する直流電流センサ１０８が備えられる。さらに、太陽電池１０３からＰＶパワコン１０４に入力される直流電圧を検知する直流電圧センサ１１０が備えられる。直流電流センサ１０８、直流電圧センサ１１０の検知データは、蓄電パワコン１０６の蓄電制御部１２６に伝送される。また、分散型発電システム１０には、直流電流センサ１０８、直流電圧センサ１１０の代わりに、または、これに加えて、ＰＶパワコン１０４から負荷１００、１０２に出力される交流電流を検知する交流電流センサ１１２と、ＰＶパワコン１０４から負荷１００、１０２に出力される交流電圧を検知する交流電圧センサ１１４を備えてもよい。交流電流センサ１１２、交流電圧センサ１１４の検知データは、蓄電パワコン１０６の蓄電制御部１２６に伝送される。そして、蓄電制御部１２６は、直流電流センサ１０８、交流電流センサ１１２のいずれかまたは両方から伝送される検知データに基づき、太陽電池１０３の出力電流を取得する。また、蓄電制御部１２６は、直流電圧センサ１１０、交流電圧センサ１１４のいずれかまたは両方から伝送される検知データに基づき、太陽電池１０３の出力電圧を取得する。
【００２７】
さらに、分散型発電システム１０には、負荷１０２の電圧を定期的（たとえば数十ミリ秒ごと）に検知する電圧監視部１３４が備えられる。電圧監視部１３４は、蓄電パワコン１０６の外部に設けられてもよいし、内部に設けられてもよい。電圧監視部１３４の検知データは、蓄電制御部１２６に伝送される。そして、蓄電制御部１２６が、この検知データから負荷１０２の電圧を取得する。
【００２８】
図２は、太陽電池１０３の発電電力について説明する図である。図２には、ある日射量での、太陽電池１０３の発電電力の電流・電圧特性（実線）ＩＶと、電力・電圧特性（点線）ＰＶが示される。横軸は電圧、縦軸は電流及び電力を示す。
【００２９】
電流・電圧特性ＩＶと、電力・電圧特性ＰＶの関係は、次のとおりである。電流・電圧特性ＩＶにおいて、電圧軸の切片と電流軸の切片が、それぞれ太陽電池１０３の開放電圧Ｖｏと短絡電流Ｉｓに対応する。電流・電圧特性ＩＶに示されるように、太陽電池１０３の発電電力は、電圧が開放電圧Ｖｏから電圧Ｖｃに降下するにつれて電流が上昇し、電圧が電圧Ｖｃを下回ると短絡電流Ｉｓと略一致するという特性を有する。これに対応して、電力・電圧特性ＰＶは、電圧Ｖｃで電力が最大Ｐｍａｘとなる略二次曲線を描く。この電力Ｐｍａｘが、太陽電池１０３が供給可能な発電電力である。なお、かかる電流・電圧特性ＩＶと、これに対応する電力・電圧特性ＰＶは、日照によって変動する。すなわち、日照が強いときは、図面における上方に電流・電圧特性ＩＶ、電力・電圧特性ＰＶがシフトし、日照が弱いときは、下方にシフトする。
【００３０】
ここで、太陽電池１０３の出力電力の動作点について説明する。上述したように、太陽電池１０３の出力電力は、ＰＶパワコン１０４により負荷電力に追従するように制御される。たとえば、いま、負荷１００である電子レンジの消費電力と、蓄電池である負荷１０２の充電電力の合計、すなわち負荷電力がＰ＿Ｗ１であるとする。このとき、ＰＶパワコン１０４は、太陽電池１０３の出力電流が、負荷電力Ｐ＿Ｗ１に対応する電流Ｉ＿Ｗ１になるように制御する。このときの動作点Ｗ１が電力・電圧特性ＰＶ上に示される。このとき、発電電力Ｐｍａｘより負荷電力Ｐ＿Ｗ１が小さいので、太陽電池１０３は、発電電力Ｐｍａｘと負荷電力Ｐ＿Ｗ１の差分Ｄ１に対応する電力を出力する余力を有する。
【００３１】
次に、負荷電力が増加した場合について説明する。たとえば、負荷１００である電子レンジに加え、エアコンが稼動を開始し消費電力が増加したとする。すると、負荷１００の消費電力と、蓄電池である負荷１０２の充電電力の合計が、Ｐ＿Ｗ２に増加する。すると、ＰＶパワコン１０４により太陽電池１０３の出力電流が、負荷電力Ｐ＿Ｗ２に対応する電流Ｉ＿Ｗ２になるように制御され、電力・電圧特性ＰＶ上の動作点Ｗ１がＷ２に移行する。このとき、図示するように、発電電力Ｐｍａｘより負荷電力Ｐ＿Ｗ２がまだ小さければ、太陽電池１０３は、発電電力Ｐｍａｘと負荷電力Ｐ＿Ｗ２の差分Ｄ２に対応する出力可能な余力を有する。よって、負荷１００、１０２に対する負荷電力は安定的に供給される。しかし、発電電力Ｐｍａｘより供給すべき負荷電力Ｐ＿Ｗ２が大きくなると、電力供給に不足が生じる。よって、発電電力Ｐｍａｘより供給すべき負荷電力Ｐ＿Ｗ２が大きくなった時点、または、かかる事態が予見される時点で、ＰＶパワコン１０４が動作を停止する。かかる時点は、たとえば、発電電力Ｐｍａｘとほぼ一致するとみなされるような、発電電力Ｐｍａｘから所定の範囲（実験等により定められる任意の電力の範囲）に、負荷電力Ｐ＿Ｗ２が達した時点である。または、かかる時点は、出力電力や出力電流の増加幅が一定値（増加幅が実質的にゼロとみなされるような、実験等により定められる任意の値）以下に減少した時点であってもよい。そして、ＰＶパワコン１０４が動作を停止すると、負荷電力の供給に支障を来たすことになる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、蓄電パワコン１０６が、太陽電池１０３の出力電力から負荷電力と発電電力を求め、出力可能な電力の余力に応じて負荷１０２の充放電を制御する。具体的には、負荷電力の増加が出力可能な余力を上回るおそれがなければ、負荷１０２の充電を行い、余力を上回るおそれがあるときに、負荷１０２の充電を停止する。そうすることで、充電電力分を負荷１００の供給に充てる。それでも負荷１００への電力供給が不足しそうなときには、負荷１０２を放電することで、負荷電力の供給量を増加させることができる。そうすることで、充電した電力を用いれば負荷電力が供給されたにもかかわらずＰＶパワコンが太陽電池１０３の出力を停止してしまう、といった不都合な動作を回避でき、負荷電力の安定的な供給を可能にできる。
【００３３】
ここで、負荷電力と発電電力の求め方について説明する。まず、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２が負荷１０２への充電を停止した状態で、蓄電制御部１２６が、直流電流センサ１０８または交流電流センサ１１２から取得した出力電流と直流電圧センサ１１０または交流電圧センサ１１４から取得した出力電圧とから負荷電力を導出する。ここで導出される負荷電力が、太陽電池１０３に要求される要求負荷電力に対応する。
【００３４】
次に、蓄電制御部１２６は、出力電力を取得しながら、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２が負荷１０２への充電電力を徐々に増加させる。太陽電池１０３の出力電力が発電電力Ｐｍａｘに達するまでは、充電電力が増加するに従い、出力電力の動作点が発電電力Ｐｍａｘに向けて増加する（矢印２１）。このとき、充電電力の単位増加量あたりの出力電力の増加量は、動作点が発電電力Ｐｍａｘに近づくにつれて漸減する。そして、さらに充電電力を増加させ、負荷電力が発電電力Ｐｍａｘを超えると、太陽電池１０３の出力電力は減少し始める（２２）。よって、たとえば、出力電力の増加量が所定の基準値を下回った時点で、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２が負荷１０２への充電を停止し、充電を停止する前の出力電力から、蓄電制御部１２６が発電電力Ｐｍａｘを導出する。
【００３５】
かかる判定に用いる基準値は、たとえば、実験等で予め求められ、蓄電制御部１２６内の不揮発性記憶媒体などに格納される。なお、基準値を「０」とし、出力電力が減少した時点で、すなわち、動作点が発電電力Ｐｍａｘを通過した時点で発電電力Ｐｍａｘを導出することもできる。ただし、負荷電力の安定的な供給に資するうえでは、基準値を「０」より大きい値に設定することが好適である。なお、発電電力の求め方として、太陽電池１０３の出力電力の増加量を監視する方法を示したが、太陽電池１０３の出力電流の増加量を監視して、増加量が漸減して基準値を下回ったときの出力電流と電圧とから発電電力を求めてもよい。
【００３６】
なお、太陽電池１０３の発電電力は日射により変化するので、上記のような手順は定期的（たとえば、数十ミリ〜数十秒ごと）に実行される。
【００３７】
次に、上記のようにして求めた発電電力と負荷電力とに基づき、発電電力の余力に応じて負荷１０２への電力供給を制御する手順について、図３、４を用いて説明する。
【００３８】
図３は、蓄電パワコン１０６による負荷１０２の充電制御にかかる動作手順を説明するフローチャート図である。図３の手順は、蓄電パワコン１０６の蓄電制御部１２６の動作手順に対応し、所定の周期（たとえば、数十ミリ秒〜数秒周期）で実行される。
【００３９】
まず、蓄電制御部１２６は、蓄電池、すなわち負荷１０２の充電量を取得する（Ｓｔｅｐ３０１）。たとえば、蓄電制御部１２６は、電圧監視部１３４から取得した負荷１０２の電圧に基づき、充電量（残量）を導出する。充電量が所定の閾値Ｔ１以上のとき（Ｓｔｅｐ３０２のＹｅｓ）、蓄電制御部１２６は、充電を行わず処理を終了する。ここで、閾値Ｔ１は、十分な充電量を示す任意の値・単位が用いられる。かかる閾値Ｔ１は、予め実験等で求められる。一方、充電量が所定の閾値Ｔ１未満のとき（Ｓｔｅｐ３０２のＮｏ）、蓄電制御部１２６は、負荷電力を導出し（Ｓｔｅｐ３０３）、発電電力を導出する（Ｓｔｅｐ３０４）。蓄電制御部１２６、たとえば、図２で示した方法により、発電電力を導出する。
【００４０】
そして、発電電力に余力があるかが判定される（Ｓｔｅｐ３０５）。たとえば、蓄電制御部１２６は、図２で示した方法により負荷電力を導出し、発電電力に対応する基準電力を負荷電力が上回るか否かを判定する。
【００４１】
基準電力は、たとえば、発電電力からある程度の余力を差し引いた電力、またはある程度の余力を残すように発電電力に所定の割合を乗じた電力が用いられる。ある程度の余力は、たとえば、分散型発電システム１０が設置される家庭内における負荷１００の消費電力うち、最大の消費電力より大きい値であることが好適である。
【００４２】
たとえば、分散型発電システム１０が設置される家庭において消費電力が最大の負荷が消費電力６００Ｗのエアコンであるような場合、消費電力５００Ｗの電子レンジを使用しているときにエアコンを稼動させると、エアコンの消費電力の分、負荷電力が増大し１１００Ｗになる。ここで、かかる負荷電力の増加を吸収しうる余力があれば、負荷電力が発電電力を上回ることがない。たとえば、ある日照条件での発電電力が１５００Ｗのとき、基準電力を、１５００Ｗ−６００Ｗ＝９００Ｗとする。このとき、電子レンジを使用しているときの負荷電力５００Ｗが、エアコンによる追加分６００Ｗを見込んだ基準電力９００Ｗ以下であれば、エアコンを追加したとしても、発電電力内で負荷電力を供給できる。よって、その場合、負荷１０２を充電することである程度負荷電力が増加していたとしても、追加的な負荷電力の増加によりただちに発電電力を負荷電力が上回る蓋然性は低いと判断できる。すなわち、発電電力に余力があると判断できる。逆に、負荷電力が基準電力を上回るときには、追加的な負荷電力の増加により発電電力を負荷電力が上回る蓋然性が高いと判断できる。すなわち、発電電力に余力がないと判断できる。
【００４３】
上記のような基準電力による判断の結果、発電電力に余力がない場合（Ｓｔｅｐ３０５のＮｏ）、蓄電制御部１２６は、充電を行わずに、処理を終了する。そうすることで、負荷電力を充電電力に費やすことなく、負荷１００への安定的な電力供給を可能にすることができる。なお、負荷１０２が蓄電池以外の電力負荷の場合であっても、負荷１０２への電源供給を停止することで、負荷１００への安定的な電力供給を確保できる。一方、発電電力に余力がある場合（Ｓｔｅｐ３０５のＹｅｓ）、蓄電制御部１２６は、発電電力の余力に応じた充電電力を決定する（Ｓｔｅｐ３０６）。たとえば、上記の例では、基準電力と負荷電力との差分、すなわち９００Ｗ−５００Ｗ＝４００Ｗを、充電電力に充てることができる。よって、４００Ｗ、またはある程度の余裕をみてそれ未満の充電電力が決定される。そして、蓄電制御部１２６は、負荷１０２の充電を開始する（Ｓｔｅｐ３０７）。そうすることで、次に図４で示すような、負荷１０２の放電に備え充電することができる。
【００４４】
なお、手順Ｓｔｅｐ３０７において、蓄電制御部１２６は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２に、負荷１０２の電圧が太陽電池１０３の出力電圧より低くなるように充電電力を制御させることが、好適である。そうすることで、後述する手順において放電を開始する前に負荷１０２から負荷１００に電流が流れ、電力が無駄に供給されるといったことを防止できる。
【００４５】
また、図３の手順Ｓｔｅｐ３０２において、負荷１０２の充電量に応じて充電する、しないを予め判定することにより、後段の手順で発電電力に余力がなく充電をすると判定したにもかかわらず、充電量が十分であり充電の必要がない（またはできない）といった事態を回避できる。よって、無駄な処理にかかるＣＰＵの負荷や処理時間を省略できる。ただし、手順Ｓｔｅｐ３０２の判定手順を省略し、単に発電電力に余力があるかないかに基づいて、充電をする、しないを判定する手順とする場合も、本実施形態に含まれる。その場合であっても、発電電力に余力がないときに、負荷電力を充電電力に費やすことなく、負荷１００への安定的な電力供給を可能にすることができる。
【００４６】
図４は、蓄電パワコン１０６による負荷１０２の放電制御にかかる動作手順を説明するフローチャート図である。図４の手順は、蓄電パワコン１０６の蓄電制御部１２６の動作手順に対応し、所定の周期（たとえば、数十ミリ秒〜数秒周期）で実行される。
【００４７】
まず、蓄電制御部１２６は、蓄電池、すなわち負荷１０２の充電量を導出する（Ｓｔｅｐ４０１）。たとえば、蓄電制御部１２６は、図３の手順Ｓｔｅｐ３０１と同様にして充電量（残量）を求める。充電量が所定の閾値Ｔ２未満のとき（Ｓｔｅｐ４０２のＮｏ）、蓄電制御部１２６は、放電を行わず処理を終了する。ここで、閾値Ｔ２は、放電可能な十分な充電量を示す任意の値・単位が用いられる。かかる閾値Ｔ２は、予め実験等により求められる。一方、充電量が所定の閾値Ｔ２以上のとき（Ｓｔｅｐ４０２のＹｅｓ）、蓄電制御部１２６は、負荷電力を導出し（Ｓｔｅｐ４０３）、発電電力を導出する（Ｓｔｅｐ４０４）。蓄電制御部１２６は、たとえば、図２で示した方法により、発電電力を導出する。
【００４８】
そして、発電電力に余力があるかが判定される（Ｓｔｅｐ４０５）。ここでは、たとえば、図３の手順Ｓｔｅｐ３０５で示した手順と同様の処理が行われる。発電電力に余力がある場合（Ｓｔｅｐ４０５のＹｅｓ）、蓄電制御部１２６は、放電を行わずに、処理を終了する。このとき、負荷電力は発電電力内で安定的に供給されているので、負荷１０２を放電して負荷電力を補う必要はない。そして、この場合、図３の手順が実行されたときに、充電量が不十分であれば、充電が実行される。一方、発電電力に余力がない場合（Ｓｔｅｐ４０５のＮｏ）、蓄電制御部１２６は、負荷１０２の放電を開始する（Ｓｔｅｐ４０６）。そうすることで、充電を停止しただけでは負荷電力に対する電力供給が不十分な場合であっても、負荷１００への安定的な電力供給を可能にすることができる。
【００４９】
なお、手順Ｓｔｅｐ４０５の判定処理において、直流電流センサ１０８、直流電圧センサ１１０を介して取得されるＰＶパワコン１０４に入力される直流電流、電圧の代わりに、交流電流センサ１１２、交流電圧センサ１１４を介して取得されるＰＶパワコン１０４から出力される交流電流、電圧を用いて負荷電力を求める方が好適である。なぜなら、ＰＶパワコン１０４による昇圧、変換処理を経ない分、放電を必要とする場合におけるより迅速な応答が可能になるからである。
【００５０】
また、図４の手順Ｓｔｅｐ４０２において、負荷１０２の充電量に応じて放電する、しないを予め判定することにより、後段の手順で発電電力に余力がなく放電をすると判定したにもかかわらず、充電量が不十分であり放電ができないといった事態を回避できる。よって、無駄な処理にかかるＣＰＵの負荷や処理時間を回避できる。ただし、手順Ｓｔｅｐ４０２の判定手順を省略し、単に発電電力に余力があるかないかに基づいて、放電をする、しないを判定する手順とする場合も、本実施形態に含まれる。その場合であっても、負荷１０２にある程度の充電がなされていれば、発電電力に余力がないときに放電で補うことができ、負荷１００への安定的な電力供給を可能にすることができる。
【００５１】
図３、４に示す手順は定期的に実行されるので、日照に応じて発電電力が変動しても、即時に発電電力に応じた余力を求めることができ、柔軟な対応が可能になる。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、分散型発電システムを既存の太陽光発電システムに蓄電池を追加して構成する場合であっても、太陽電池の出力電流に基づき蓄電池の充放電を制御できるので、蓄電パワコンがＰＶパワコンから制御データを取得することなく、負荷電力の供給を制御できる。
【００５３】
以上、説明したとおり、本実施形態によれば、系統との連係が遮断されたときであっても太陽電池から負荷への安定的な電力供給を可能にすることができる。  
【符号の説明】
【００５４】
１０：分散型発電システム、１０３：太陽電池、１０６：蓄電パワーコンディショナ、
１０２：負荷（蓄電池）、１２２：双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２６：蓄電制御部
【図１】
2013183577.tif 000003
【図２】
2013183577.tif 000004
【図３】
2013183577.tif 000005
【図４】
2013183577.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月13日(2013.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池からの電力を複数の負荷に供給する制御を行う第１制御部と、
前記複数の負荷の一つである蓄電池の充放電を制御する第２制御部と、を備え、
前記第１制御部は、前記複数の負荷での消費電力に追従した出力制御を行い、
前記第２制御部は、自立運転中に前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った前記太陽電池あるいは前記第１制御部からの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御することを特徴とする、
電力制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２制御部は、前記出力変動に基づき、前記太陽電池あるいは第１制御部が供給可能な電力である発電電力を求め、前記蓄電池以外の複数の負荷が消費する電力が前記発電電力より大きいときに、前記蓄電池の電力を前記蓄電池以外の負荷へ放電させるように前記蓄電池の充放電を制御する、電力制御システム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記第２制御部は、前記出力変動を検出する処理を、定期的に行うことを特徴とする、電力制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第２制御部は、前記出力変動を検出する処理を行うときに、前記蓄電池の充電電力を徐々に増加するとともに、当該充電電力の変化を監視することにより、前記太陽電池あるいは前記第１制御部が出力できる最大電力を求めることを特徴とする電力制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記第２制御部は、前記蓄電池における充電量が基準値を下回ることを条件として、前記蓄電池を充電するよう制御する、電力制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記第２制御部は、前記蓄電池における充電量が基準値を上回ることを条件として、前記蓄電池が放電するよう制御する、電力制御システム。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかにおいて、
前記発電電力が所定の範囲内に達すると前記第１制御部による電力の供給が停止される、電力制御システム。
【請求項８】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記複数の負荷が、前記第１制御部に対し並列接続され、
前記第２制御部は、蓄電池を充電するとき、前記蓄電池の電圧が蓄電池以外の負荷に供給される電力の電圧より低くなるように前記蓄電池に供給する電力を調節する、電力制御システム。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれかにおいて、
前記発電電力が、前記複数の負荷が消費する負荷電力を上回るときには当該発電電力の一部が商用電源系統に出力され、または、前記発電電力が前記負荷電力を下回るときには前記商用電源系統から前記負荷電力の一部が供給されるように、前記第１制御装置及び前記複数の負荷が前記商用電源系統と接続され、
前記第２制御部は、前記商用電源系統との接続が遮断されたときに、前記蓄電池に対する電力の供給を行う、または行わないように充放電を制御する、電力制御システム。
【請求項１０】
負荷追従制御を行う太陽電池システムに接続される蓄電池の充放電を制御する制御部を備え、
自立運転中に、前記制御部は、前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った太陽電池システムの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御することを特徴とする、電力制御装置。
【請求項１１】
負荷追従制御を行う太陽電池システムに接続される蓄電池の充放電を制御する工程と、
自立運転中に、前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った太陽電池システムの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御工程と
を含むことを特徴とする、電力制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、太陽電池から負荷への電力供給を制御する制御システム、制御装置、及び制御方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、系統が遮断されたときであっても太陽電池から負荷への安定的な電力供給を可能にする制御システム等を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の一側面では、太陽電池からの電力を複数の負荷に供給する制御を行う第１制御部と、前記複数の負荷の一つである蓄電池の充放電を制御する第２制御部と、を備えた電力制御システムにおいて、前記第１制御部は、前記複数の負荷での消費電力に追従した出力制御を行い、前記第２制御部は、自立運転中に前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った前記太陽電池あるいは前記第１制御部からの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記側面の一態様では、前記第２制御部は、前記出力変動に基づき、前記太陽電池あるいは第１制御部が供給可能な電力である発電電力を求め、前記蓄電池以外の複数の負荷が消費する電力が前記発電電力より大きいときに、前記蓄電池の電力を前記蓄電池以外の負荷へ放電させるように前記蓄電池の充放電を制御する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記側面の別の態様では、前記第２制御部は、前記出力変動を検出する処理を、定期的に行う。
上記側面のさらに別の態様では、前記第２制御部は、前記出力変動を検出する処理を行うときに、前記蓄電池の充電電力を徐々に増加するとともに、当該充電電力の変化を監視することにより、前記太陽電池あるいは前記第１制御部が出力できる最大電力を求める。
上記側面のさらに別の態様では、前記第２制御部は、前記蓄電池における充電量が基準値を下回ることを条件として、前記蓄電池を充電するよう制御する。
上記側面のさらに別の態様では、前記第２制御部は、前記蓄電池における充電量が基準値を上回ることを条件として、前記蓄電池が放電するよう制御する。
上記側面のさらに別の態様では、前記発電電力が所定の範囲内に達すると前記第１制御部による電力の供給が停止される。
上記側面のさらに別の態様では、前記複数の負荷が、前記第１制御部に対し並列接続され、前記第２制御部は、蓄電池を充電するとき、前記蓄電池の電圧が蓄電池以外の負荷に供給される電力の電圧より低くなるように前記蓄電池に供給する電力を調節する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記側面のさらに別の態様では、前記発電電力が、前記複数の負荷が消費する負荷電力を上回るときには当該発電電力の一部が商用電源系統に出力され、または、前記発電電力が前記負荷電力を下回るときには前記商用電源系統から前記負荷電力の一部が供給されるように、前記第１制御装置及び前記複数の負荷が前記商用電源系統と接続され、前記第２制御部は、前記商用電源系統との接続が遮断されたときに、前記蓄電池に対する電力の供給を行う、または行わないように充放電を制御する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の別の側面では、負荷追従制御を行う太陽電池システムに接続される蓄電池の充放電を制御する制御部を備えた電力制御装置において、自立運転中に、前記制御部は、前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った太陽電池システムの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。なお、方法やプログラムの各ステップは、データの処理においては必要に応じて、ＣＰＵ、ＤＳＰなどの演算処理装置を使用するものであり、入力したデータや加工・生成したデータなどをＨＤＤ、メモリなどの記憶装置に格納するものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
例えば、本発明を方法として実現した電力制御方法は、負荷追従制御を行う太陽電池システムに接続される蓄電池の充放電を制御する工程と、自立運転中に、前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った太陽電池システムの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御工程とを含む。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記側面の１つによれば、前記第２制御部は、自立運転中に前記蓄電池の充電電力を増加させるとともに当該充電電力の増加に伴った前記太陽電池あるいは前記第１制御部からの出力変動を検出し、当該検出した出力変動に基づいて前記蓄電池の充電を制御するので、系統が遮断されたときであっても太陽電池から負荷への安定的な電力供給が可能になる。